Получение модулированных радиосигналов

Подавая на безинерционный нелинейный элемент сумму исходных колебаний, в выходном сигнале можно наблюдать всевозможные комбинационные составляющие. Если теперь пропустит выходной сигнал через линейный частотный фильтр, то можно выделить ряд полезных компонентов преобразованного сигнала. На этом принципе основана работа большого числа радиотехнических устройств, в частности, модуляторов.

Амплитудным модулятором называется устройство. создающее на выходных зажимах АМ – сигнал вида при подаче на выходы цепи гармонического несущего колебания и низкочастотного модулирующего сигнала. . Чаще всего амплитудные модуляторы строят, используя эффект преобразования спектра суммы сигналов в безинерционном нелинейном элементе.

 

+Епит

Uнес

Uмод

Uвых

 

Рисунок 6.1 Амплитудный модулятор

 

Простейшим амплитудным модулятором служит нелинейный усилитель, у которого резонансный контур в выходной цепи настроен на частоту несущего колебания. К входу модулятора приложено напряжение

 

 

Принцип работы данного модулятора поясняется осциллограммами напряжения и токов.

 

Uвх

Uн

U0

Uвых

iк

iк

t

t

Uбд

 

Рисунок 6.2 Осциллограммы токов и напряжений

 

Для определенности считается, что проходная характеристика транзистора аппроксимирована отрезками двух прямых. За счет того, что рабочая точка перемещается в такт с низкочастотным модулирующим колебанием, происходит непрерывное изменение угла отсечки несущего сигнала. Амплитуда первой гармоники последовательности импульсов коллекторного тока оказывается непостоянной во времени. Колебательный контур фильтрует коллекторный ток, выделяя на выходе АМ – сигнал, т. е. несущее колебание с переменной амплитудой, пропорциональной полезному модулирующему сигналу.

 

Детектирование АМ–колебаний

Выделение модулирующего сигнала из ВЧ модулирующего колебания. Детектирование обратно модуляции, поэтому вместо термина «детектирование» часто используют термин «демодуляция».

 

S_AM(t)=U_m[1+mU(t)] sin( t+ ) – АМ-колебание

 

АМ колебание должно быть подано на вход нелинейной цепи, на выходе же этой цепи должно быть (U, I), пропорциональное модулирующему сигналу U(t) следовательно, в данной нелинейной цепи АМ колебание детектируется, такую цепь называют амплитудным детектором или демодулятором АМ сигнала.

Одна из наиболее распространенных нелинейных цепей, принимаемых для детектирования АМ колебания, имеет основной элемент нелинейный двухполюсник, в качестве которого используется полупроводниковый диод.

 

R

i

VD

Uвых(t)

SАМ(t)

Нелинейная цепь

 

 

Если к входу нелинейной цепи подключить источник напряжения S_АМ(t), то ток в результате R будет проходить только при положительных полупериодах напряжения S_АМ(t), следовательно, и напряжение U_вых(t), но результат будет иметь такую же форму.

 

iRa(t)

i(t)

t

i

U

SАМ (t),

t

форма тока i(t) в резисторе R

 

При отсутствии модуляции, что имеет место при m=0 амплитуды импульсов, что тока в резисторе R одинаковы и пропорционально амплитуде U_m напряжения на входе, а именно I_Rm =U_m/R.

Среднее значение тока на интервале времени, совпадающем с длительностью периода ВЧ колебания

 

I₀=2 , I_R0=

 

Для выделения составляющей I_R0(t) обычно используется RС фильтра нижних частот.

 

VD

ig(t)

Ug(t)

Uвх(t)

C

R

Uвых(t)

 

 

Такую RC цепь часто называются нагрузкой детектора.

Пусть U_вых(t) имеет некоторое фиксированное значение. Очевидно, что до тех пор, пока U_вх(t)< U_вых(t) диод VD заперт напряжением Ug(t)= U_вх(t)-U_вых(t) считать, что источник сигнала U_вх(t) отключен от RC – цепи и конденсатор С, на котором имеется напряжение U_вых(t), разряжается через резистор R напряжения U_вых(t) при этом уменьшится отрезок АВ в момент времени t₁ становится справедливым обратное неравенство U_вх(t)> U_вых(t).

Диод VD при этом открывается и возникает ток i_g(t).

Проходя через конденсатор С, ток увеличивает его заряд, вследствие чего напряжение U_вых(t) на конденсаторе вновь увеличится (отрезок ВС).

ig(t)

E

D

t3

t4

t1

t2

U0вых

А

В

С

Uвых(t)

Uвых

ig(t)

t

Uвых(t)

igm

Постоянная временем заряда при этом практически (при большом сопротивлении R) определяется внутренним сопротивлением R_i источника входного сигнала прямым сопротивлением R_g диода VD и емкостью конденсатора С. На интервале времени от t₂ до t₃ вновь выполняется неравенство U_вх(t)< U_вых(t), так что конденсатор С вновь разряжается через сопротивления резистора R (уч СД). Постоянная времени разряда _р= RС здесь определяется практически лишь сопротивлением R и значением емкости конденсатора С. Этот процесс далее полностью повторяется, следовательно, напряжение U_вых(t) будет изменяться во времени мало, и его значение будет близко к U_0вых.

 

 

УГЛОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ